JP2007263244A - ボールジョイントゴムブッシュ - Google Patents

Abstract

【課題】こじり方向の入力荷重，捩り方向の入力荷重その他方向の入力荷重に対して、所定の支持力を有しつつ、荷重の入力方向に応じて３次元的に一対の部材を相対変位させることのできるボールジョイントゴムブッシュを提供する。
【解決手段】インナー金具１２の球面状の凸曲面２６に、球面状の凹曲面２８を内周側に、球面状の凸曲面３０を外周側に有するゴム弾性体１４を一体に加硫接着して構成した一体加硫品３６に対して、内周側に球面状の凹曲面３４を有するアウター金具１６を、凹曲面３４をゴム弾性体１４の凸曲面３０に相対摺動可能に且つゴム弾性体１４を所定の締め代をもって予圧縮させる状態に圧入により弾性嵌合させ、組み付けてボールジョイントゴムブッシュ１０を構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、３次元的に立体的な相対運動を行う部材間に介在してそれらを連結するボールジョイントに関し、詳しくはゴム弾性体の弾性変形を利用して一対の部材を相対変位させるボールジョイントゴムブッシュに関する。

従来より、３次元的に立体的な相対動きを行う一対の部材を互いに相対変位可能に連結する継手としてボールジョイントが広く使用されている。
例えば自動車においてはサスペンションやステアリング系の部品連結部に、この種ボールジョイントが広く用いられている。
ここで従来用いられているボールジョイントは、球面状の凸曲面を有するインナー金具を、対応する球面状の凹曲面を有するアウター金具にて包むように構成してあり、インナー金具の凸曲面とアウター金具の凹曲面との金属同士の接触面を滑り面として、インナー金具がアウター金具に対し相対的に３次元方向に自由且つ滑らかに回転滑りでき、そしてその３次元的な自由且つ滑らかな滑り運動によって一対の部材の立体的な動きを可能とする。

ところで、凸曲面と凹曲面とを滑り面として金属同士で接触させて成るこの種従来のボールジョイントは、そのことによって３次元的に滑らかな動きを確保できる一方で、インナー金具に対してある方向に荷重入力があったときに、簡単にインナー金具がその荷重の入力方向に回転運動してしまって、入力した荷重に対する支持力を失ってしまうといった問題がある。

例えば図６に示しているようにインナー金具２００に対してこじり方向の力（軸心を傾動（倒）する向きの力）が荷重入力したとき、インナー金具２００が抵抗無くその荷重の入力方向に回転してしまうため、入力した荷重に対する支持力（反力）を殆ど持つことができない。
インナー金具２００に対して軸心周りに回転させる向きの力（捩り方向の力）が荷重入力したときにも同様で、かかる荷重入力によりインナー金具２００が抵抗無く軸心周りに回転運動してしまい、同方向の荷重に対しても支持力（抵抗力）を持つことができない。
尚図６中２０２はアウター金具である。

しかしながら、ボールジョイントの使用部位によっては３次元的な立体的な動きを確保しつつ、このようなこじり方向の荷重入力や回転方向の捩りの荷重入力に対して、所定の支持力（反力ないし抵抗力）を持たせることが求められる場合もあり、こうした場合に従来のメタルタッチ（金属接触）によるボールジョイントでは対応することができない。

本発明はこのような問題点を解決するために案出されたものである。
尚、下記特許文献１には図７に示す形態のボールジョイントが開示されている。
図中２００はインナー金具、２０２は円筒形状をなすアウター金具で、インナー金具２００は球面状の凸曲面２０４を備えている。
２０６はアウター金具２０２にモールド成形により固着された摺動性の樹脂で球面状の凹曲面２０８を備えており、その凹曲面２０８とインナー金具２００の凸曲面２０４とを滑り面として互いに摺動可能に嵌合せしめられている。

しかしながらこの図７に示す形態のボールジョイントは、従来金属にて構成されていたアウター金具の一部を摺動性の樹脂２０６で置換して、その樹脂２０６に凹曲面２０８を形成したに過ぎないもので、基本的にその特性は従来のボールジョイントと同様のものであり、上記問題点を解決することはできない。

下記特許文献２にも同種のボールジョイントが開示されているが、この特許文献２に開示のボールジョイントもまた、球面状の凹曲面を樹脂にて構成したもので、特許文献１に開示のものと同様上記の問題点を解決することができない。

特開平６−１７８１８号公報 特開昭６２−３５１１０号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、こじり方向の入力荷重，捩り方向の入力荷重その他方向の入力荷重に対して所定の支持力を有しつつ、荷重の入力方向に応じて３次元的に一対の部材を相対変位させることのできるボールジョイントゴムブッシュを提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、球面状の凸曲面を有するインナー金具の該凸曲面に、球面状の凹曲面を内周側に、球面状の凸曲面を外周側に有するゴム弾性体を該凹曲面で一体に加硫接着して構成した一体加硫品に対して、内周側に球面状の凹曲面を有するアウター金具を、該凹曲面を該ゴム弾性体の前記凸曲面に相対摺動可能に且つ該ゴム弾性体を所定の締め代をもって予圧縮させる状態に圧入により弾性嵌合させ、組み付けてあることを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記アウター金具の前記ゴム弾性体の凸曲面に接する前記凹曲面には、該アウター金具よりも高摺動性の摺動材がコーティング形成されていることを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記ゴム弾性体が自己潤滑ゴムにて構成されていることを特徴とする。

請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記アウター金具は、軸方向幅が前記インナー金具及び前記ゴム弾性体よりも小寸法とされていることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、インナー金具の球面状をなす凸曲面に沿ってゴム弾性体を一体に加硫接着し、そしてそのゴム弾性体の凸曲面に対して、内周側に凹曲面を有するアウター金具を相対摺動可能に且つゴム弾性体を所定の締め代をもって予圧縮させる状態に圧入により弾性嵌合させ、組み付けてボールジョイントゴムブッシュを構成したものである。

本発明のボールジョイントゴムブッシュでは、例えばインナー金具の側にこじり入力が荷重入力したとき、インナー金具とアウター金具とが直ちに凸曲面と凹曲面とで滑り運動せず、先ずゴム弾性体が弾性変形して、その変形抵抗力を反力として入力側に及ぼす。そしてその反力が入力荷重に対する支持力となる。
そしてその入力荷重が一定以上に大きくなると、入力側に対してゴム弾性体の反力に基づく支持力を及ぼしながら、ゴム弾性体の凸曲面がアウター金具の凹曲面に対して相対滑りを生じるようになって、以後はその滑りに基づいて一対の部材の間の相対変位を許容する。
即ち本発明のボールジョイントゴムブッシュにあっては、ゴム弾性体の弾性変形と、滑りとによって一対の部材のこじり方向の相対変位を許容する。

同様にインナー金具に対して軸心周りの捩り方向の力が荷重入力された場合にも、先ずゴム弾性体が弾性変形して支持力を及ぼし、そしてその力が一定以上になると、ゴム弾性体の凸曲面とアウター金具の凹曲面との間で滑りを生じるようになって、以後はその滑りを伴って一対の部材の捩り方向（軸心周りの回転方向）の相対変位を許容する。
更にその他の方向の荷重入力に対しても、同様にしてゴム弾性体の弾性変形に基づく荷重支持力を及ぼしながら、そのゴム弾性体の弾性変形と滑りとによって一対の部材の荷重入力方向の相対変位を許容する。

尚、本発明ではゴム弾性体を所定の締め代をもって予圧縮する状態にアウター金具をゴム弾性体に圧入して組み付けるようになしており、このことによってアウター金具と、インナー金具及びゴム弾性体から成る一体加硫品を簡単に組み付けて、ボールジョイントゴムブッシュを構成することが可能であるとともに、組付状態でゴム弾性体が所定の締め代で予圧縮されているため、例えばインナー金具の側にアウター金具に対して相対的な荷重入力があったときに、入力側に対してゴム弾性体による高い反力、即ち支持力を付与することができる。
ここでゴム弾性体の予圧縮量、即ち締め代は２〜５％の範囲内としておくことが望ましい。

このように本発明のボールジョイントゴムブッシュにあっては、一対の部材の３次元的な立体的な動きを行わせつつ、各種方向の荷重入力に対して支持力を及ぼすことができる。
かかる本発明のボールジョイントゴムブッシュは従来に無い全く新規なものである。

本発明では、ゴム弾性体の凸曲面に接するアウター金具の凹曲面の側に摺動材をコーティング形成しておくことが望ましい（請求項２）。
この請求項２によれば、ゴム弾性体の凸曲面がアウター金具側の凹曲面に対して滑りを生ずる際に、摺動材のコーティング層によってより滑らかな滑りを確保することができる。
ひいてはその滑りによるゴム弾性体の摩耗を抑制することができる。

更に本発明では、上記ゴム弾性体を自己潤滑ゴムにて構成しておくことが望ましい（請求項３）。
この場合においても上記滑りの際に、より円滑な滑りを確保することができる。
ここで自己潤滑ゴムとは、ゴムの母材中に経時的にゴム表面に滲出して表面に潤滑性を付与する、例えば不飽和脂肪酸アミド等の潤滑剤を含ませたものであって、例えばこの種自己潤滑ゴムについては特開平８−２７０７２８号公報に開示されている。

本発明ではまた、アウター金具の軸方向幅を、インナー金具及びゴム弾性体よりも小寸法となしておくことができる（請求項４）。
このようにしておくことで、インナー金具の傾動を伴ったこじり方向その他の方向の大きな角度変位を可能となすことができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は本実施形態のボールジョイントゴムブッシュで、インナー金具１２と、ゴム弾性体１４と、アウター金具１６とを有している。
インナー金具１２には、軸方向に貫通する固定孔１８が設けられており、インナー金具１２は、図２に示しているようにこの固定孔１８に挿通したボルト２０を、相手部材２２の雌ねじ孔２４にねじ込むことで相手部材２２に締結固定される。

インナー金具１２には球面状の凸曲面２６が備えられており、そこにゴム弾性体１４が加硫接着にて一体に固着されている。
このゴム弾性体１４は一定の厚みで形成されており、その内周側には凸曲面２６と同じ曲率で球面状をなす凹曲面２８が、また外周側には球面状の凸曲面３０が備えられており、その凹曲面２８において、インナー金具１２の凸曲面２６に一体加硫接着されている。
この実施形態では、ゴム弾性体１４として自己潤滑ゴムが用いられている。
尚インナー金具１２の軸方向両端部の外周面は、軸方向に平行をなすストレート形状面３２とされている。

上記アウター金具１６は円筒形状をなしており、その内周側には、ゴム弾性体１４の凸曲面３０と同じ曲率半径で球面状をなす凹曲面３４が形成されている。
アウター金具１６は、この凹曲面３４においてゴム弾性体１４の凸曲面３０に相対摺動可能に嵌合されている。
詳しくは、アウター金具１６はゴム弾性体１４を所定の締め代をもって予圧縮する状態に圧入によりゴム弾性体１４に嵌合され、組み付けられている。
この実施形態では、図３に示しているようにインナー金具１２にゴム弾性体１４を一体に加硫接着して予め一体加硫品３６となしておき、その一体加硫品３６に対してアウター金具１６を圧入により組み付ける。

尚、ここではゴム弾性体１４は嵌合面全体に亘って締め代が２〜５％の範囲内となるように、アウター金具１６が一体加硫品３６に組み付けられている。
アウター金具１６は、図１（Ｂ）に示しているように軸方向幅がインナー金具１２及びゴム弾性体１４に対し小寸法とされている。
またその内周面には潤滑性の高い摺動材がコーティング形成されている。図中３８はその摺動材のコーティング層を表している。
尚アウター金具１６の軸方向両端部の内周面は、軸方向にストレート形状をなすストレート形状面４０とされている。

図２の組付状態において、４２は互いに連結すべき今一方の相手部材で、リンク４４と円筒形状のカラー４６とを有しており、そのカラー４６に、ボールジョイントゴムブッシュ１０におけるアウター金具１６が圧入により固定状態に組み付けられている。

図４はボールジョイントゴムブッシュ１０のインナー金具１２に対して、その軸心を傾動させるこじり方向に荷重を加えたときの変位の量（傾動角度）と荷重との関係を表したもので、図中横軸が傾動角度を、縦軸が荷重（トルク）を表している。
尚この図４の変位−荷重特性曲線は、ゴム弾性体１４を締め代２％で予圧縮した状態で組み付けたときの変位−荷重特性曲線である。後述の図５についても同様である。

図の変位−荷重特性曲線Ｋが示しているように、この実施形態ではこじり方向に荷重を加えたとき、当初はゴム弾性体１４がアウター金具１６に対して滑りを生じず、ゴム弾性体１４の弾性変形自体によって変位を生ずる。
そして加えた荷重がゴム弾性体１４の凸曲面３０とアウター金具１６の凹曲面３４との間の摩擦抵抗力に打ち勝つに到ったところで、そこで初めてゴム弾性体１４がアウター金具１６に対して滑りを生ずる。
図４の変位−荷重特性曲線Ｋのａ点は、この滑り始めのときを表している。

その後ボールジョイントゴムブッシュ１０は、ゴム弾性体１４の弾性変形状態を保ちつつ、荷重の増大とともにゴム弾性体１４の凸曲面３０とアウター金具１６の凹曲面３４との間の滑りを伴ってインナー金具１２とアウター金具１６とが相対変位する。
尚このときにもゴム弾性体１４は弾性変形量を増して抵抗力を増大させて行く。
そしてｂ点で加えていた力を取り除くと、弾性変形していたゴム弾性体１４の形状復元によってｂ点からｃ点へと、変位を加えていた方向と逆方向に変位する。
この図中のｂ点とｃ点との間の変化そのものが、ゴム弾性体１４がそれまで弾性変形により反力（ゴム反力）を及ぼしていたことを物語っている。

一方図５は、ボールジョイントゴムブッシュ１０のインナー金具１２に対して軸心周りの回転方向の力、即ち捩り方向の力を加えたときの角変位と荷重（トルク）との関係を表している。
図５の変位−荷重特性曲線Ｎにおいて、点ｄはゴム弾性体１４がアウター金具１６に対して滑りを生じ始めた点であり、また変位−荷重特性曲線における点ｅから点ｆへの変化は、弾性変形していたゴム弾性体１４が原形状に復元したことによる変化を表している。

以上のように本実施形態のボールジョイントゴムブッシュ１０にあっては、ゴム弾性体１４の弾性変形と滑りとによって一対の部材のこじり方向の相対変位を許容する。
またインナー金具１２に対して軸心周りの捩り方向の力が荷重入力された場合にも、先ずゴム弾性体１４が弾性変形して支持力を及ぼし、そしてその力が一定以上になるとゴム弾性体１４の凸曲面３０とアウター金具１６の凹曲面３４との間で滑りを生じるようになり、以後はその滑りを伴って一対の部材の捩り方向（軸心周りの回転方向）の相対変位を許容する。
更にその他の方向の荷重入力に対しても、同様にしてゴム弾性体１４の弾性変形に基づく荷重支持力を及ぼしながら、ゴム弾性体１４の弾性変形と滑りとによって、一対の部材の荷重入力方向の相対変位を許容する。

本実施形態では、ゴム弾性体１４を所定の締め代をもって圧縮させる状態にアウター金具１６をゴム弾性体１４に圧入して組み付けており、このことによってアウター金具１６と、インナー金具１２及びゴム弾性体１４から成る一体加硫品３６を簡単に組み付けてボールジョイントゴムブッシュ１０を構成することが可能であるとともに、組付状態でゴム弾性体１４が所定の締め代で予圧縮されているため、例えばインナー金具１２の側にアウター金具１６に対して相対的な荷重入力があったときに、入力側に対してゴム弾性体による高い反力即ち支持力を付与することができる。

かかる本実施形態のボールジョイントゴムブッシュ１０にあっては、一対の部材の３次元的な立体的な動きを行わせつつ、各種方向の荷重入力に対して支持力を及ぼすことができる。

また本実施形態では、ゴム弾性体１４の凸曲面３０がアウター金具１６側の凹曲面３４に対して滑りを生ずる際に、コーティング層３８によって、より滑らかな滑りを確保することができ、滑り面の摩擦によるゴム弾性体１４の摩耗を抑制することができる。
加えてゴム弾性体１４が自己潤滑ゴムにて構成してあるため、滑りの際により円滑な滑りを確保することができる。

またアウター金具１６の軸方向幅が、インナー金具１２及びゴム弾性体１４よりも小寸法となしてあるため、インナー金具１２の傾動を伴ったこじり方向その他の方向の相対変位の角度を大きく確保することができる。

以上本発明の実施形態を詳述したが、これはあくまで一例示である。
例えば上記実施形態では、アウター金具１６の内周面に摺動材のコーティング層４０を形成しているが、場合によってこのコーティング層４０は省略することも可能であるし、またゴム弾性体１４として自己潤滑性能を有していない、通常のゴム弾性体を用いることも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明の一実施形態のボールジョイントゴムブッシュの斜視図及び断面図である。 同実施形態のボールジョイントゴムブッシュを相手部材への組付状態で示す断面図である。 同実施形態のボールジョイントゴムブッシュをインナー金具とアウター金具に分解して示す断面図である。 同実施形態におけるこじり方向の傾動角度と荷重との関係を表した図である。 同実施形態における捩り方向の角変位と荷重との関係を表した図である。 従来のボールジョイントの図である。 図６とは異なる従来のボールジョイントの図である。

符号の説明

１０ ボールジョイントゴムブッシュ
１２ インナー金具
１４ ゴム弾性体
１６ アウター金具
２６，３０ 凸曲面
２８，３４ 凹曲面
３６ 一体加硫品
３８ コーティング層

Claims (4)

1. 球面状の凸曲面を有するインナー金具の該凸曲面に、球面状の凹曲面を内周側に、球面状の凸曲面を外周側に有するゴム弾性体を該凹曲面で一体に加硫接着して構成した一体加硫品に対して、内周側に球面状の凹曲面を有するアウター金具を、該凹曲面を該ゴム弾性体の前記凸曲面に相対摺動可能に且つ該ゴム弾性体を所定の締め代をもって予圧縮させる状態に圧入により弾性嵌合させ、組み付けてあることを特徴とするボールジョイントゴムブッシュ。
2. 請求項１において、前記アウター金具の前記ゴム弾性体の凸曲面に接する前記凹曲面には、該アウター金具よりも高摺動性の摺動材がコーティング形成されていることを特徴とするボールジョイントゴムブッシュ。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記ゴム弾性体が自己潤滑ゴムにて構成されていることを特徴とするボールジョイントゴムブッシュ。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記アウター金具は、軸方向幅が前記インナー金具及び前記ゴム弾性体よりも小寸法とされていることを特徴とするボールジョイントゴムブッシュ。

Images